[發明專利]一種用降維氣液動力學電池模型估算電池SOC的方法及系統

有效

• 申請號: 202110582487.9
• 申請日: 2021-05-27
• 公開（公告）號: CN113219342B
• 公開（公告）日: 2023-01-17
• 發明（設計）人: 陳彪;江浩斌;孫化陽
• 申請（專利權）人: 江蘇大學
• 主分類號: G01R31/367
• 分類號: G01R31/367;G01R31/378;G01R31/382;G01R31/3842
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本發明提供一種用降維氣液動力學電池模型估算電池SOC的方法及系統，包括以下步驟：估算電池內部平均溫度，使得電池內部平均溫度與氣液動力學電池模型中平均溫度的定義保持一致；降維氣液動力學電池模型，將二維的氣液動力學電池模型降至一維；一維氣液動力學電池模型耦合EKF算法，將一維氣液動力學電池模型與一維EKF耦合，降低計算量，提高魯棒性；驗證電池SOC估算精度。本發明一維的數據運算時雅可比矩陣不易出現病態情況，顯著提高了算法的魯棒性，因此，在算法初始化時狀態方程的方差Q和觀測方程的方程R可以設置為較大的值以提高算法抗干擾能力和收斂速度，與同類型技術相比具有明顯的精度優勢。

技術領域

本發明涉及電池管理系統領域，具體為一種用降維氣液動力學電池模型估算電池SOC的方法及系統，尤其涉及電動汽車鋰離子動力電池的SOC在線估算技術。

背景技術

進入二十一世紀，人類在科學與科技領域取得了前所未有的突破，但同時面臨著能源緊缺與環境污染日益嚴重的問題。交通運輸行業在整個化石能源消耗份額中占比很大，隨著鋰離子電池技術不斷突破和鋰離子電池產品日趨成熟，以及電能可由太陽能、風能、水力等清潔方式產生、傳輸成本較低，且在社會生產與生活的方方面面擁有廣泛用途，世界絕大多數國家先后制定發展新能源汽車的政策，并大力扶持新能源汽車產業。目前，電動汽車占整個新能源汽車八成以上，行業普遍認為電動化是汽車最終發展的形式之一。電池管理系統(BMS)是電動汽車不可缺少的組成部分，也是當前電動汽車研究領域的核心問題與難點問題。BMS的主要功能包括電池數據采集與檢測、電池狀態估計、故障在線診斷與預警、電池熱管理等，其中，荷電狀態(SOC)的實時估計是BMS的核心問題之一。

單體電池SOC反映了電池的剩余容量，而整個電池包SOC則反映了電動汽車的剩余里程。精確的SOC能夠顯著提高電池的管理效率與使用安全性、降低百公里耗電量、延長電池服役期，進而降低電動汽車綜合使用成本。目前，電池機理模型耦合帶反饋機制的觀測器方法是電池SOC估算技術的研究熱點，通常選用的電池機理模型有電化學模型、等效電路模型和氣液動力學電池模型，用于設計帶反饋機制的觀測器算法有擴展卡爾曼濾波(EKF)算法、粒子濾波算法、滑膜算法等。但在研究過程中通常面臨電池模型是多維的(大于一維)和建立的SOC估算方法也是多維的問題，使得估算方法十分復雜，難以在車載嵌入系統中應用，最終導致大量SOC估算方法止步于理論研究。

發明內容

針對上述技術難題，本發明提供一種基于修正氣液動力學電池模型的SOC估算方法及系統。本發明通過電池表面溫度估算電池內部平均溫度提高氣液動力學電池模型建模精度；將氣液動力學電池模型簡化為一維狀態模型，設計一維帶反饋機制的擴展卡爾曼濾波EKF耦合氣液動力學電池模型估算SOC的方法，本發明一維的數據運算時雅可比矩陣不易出現病態情況，顯著提高了算法的魯棒性。

本發明通過以下技術方案實現的：一種用降維氣液動力學電池模型估算電池SOC的方法，包括如下步驟：

步驟S1、估算電池內部平均溫度：通過電池表面溫度估算電池內部平均溫度，使得電池內部平均溫度與氣液動力學電池模型內部平均溫度相一致；

步驟S2：降維氣液動力學電池模型：將二維的氣液動力學電池模型降至一維氣液動力學電池模型；

步驟S3：一維氣液動力學電池模型耦合EKF算法：將一維氣液動力學電池模型與一維EKF耦合，將步驟S1得到的電池內部平均溫度輸入到一維氣液動力學電池模型耦合EKF算法中，得到電池SOC估算值；

步驟S4：驗證電池SOC估算精度。

上述方案中，所述步驟S1估算電池內部平均溫度包括以下步驟：

建立電池溫度模型，采用基于假設的電池溫度模型估算電池平均溫度有兩種方法，第一種針對電池表面安裝兩個及兩個以上溫度采集點時采用溫度梯度計算方法，第二種針對電池表面僅安裝一個溫度采集點時采用Bernadi產熱模型計算方法。